DE69028946T2

DE69028946T2 - Verfahren zur adaptiven Schärfung elektronischer Bilder

Info

Publication number: DE69028946T2
Application number: DE69028946T
Authority: DE
Inventors: Woo-Jin Song
Original assignee: Polaroid Corp
Current assignee: Polaroid Corp
Priority date: 1989-05-15
Filing date: 1990-04-30
Publication date: 1997-04-17
Anticipated expiration: 2010-05-01
Also published as: US5038388A; ATE144636T1; GR900300197T1; EP0398861B1; AU5324490A; JPH034680A; AU619971B2; CA2013750A1; DE398861T1; DE69028946D1; CA2013750C; EP0398861A2; ES2020797A4; JP3070860B2; EP0398861A3

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein robustes Verfahren zum Schärfen von Kanten und Details eines Bildes auf digitalem Wege, ohne das Rauschen im Eingangsbild zu verstärken, und insbesondere auf ein Verfahren zum Verbessern von Bilddaten, die durch ein zweidimensionales Feld von Pixelwerten definiert sind, mit den Schritten:
Auswählen eines zu verbessernden Pixelwertes aus einer Gruppe von Pixelwerten;
Herausgreifen einer Auswahlgruppe von Pixelwerten, welche den zu verbessernden Pixelwert umgeben, aus dem Feld von Pixelwerten;
Bestimmen eines "verschwommenen" Pixelwertes für die Auswahlgruppe von den zu verbessernden Pixelwert umgebenden Pixelwerten durch Tiefpaßfiltern der Auswahlgruppe von Pixelwerten;.
Bestimmen einer Hochfrequenzkomponente des zu verbessernden Pixelwertes als Funktion des "verschwommenen" Pixelwertes durch Subtrahieren des "verschwommenen" Bildes von dem zu verbessernden Pixelwert,
adaptives Verändern des zu verbessernden Pixelwertes als Funktion sowohl der Hochfrequenzkomponente als auch einer Varianz der Pixelwerte in einer weiteren Auswahlgruppe von Pixelwerten in der Nähe des zu verbessernden Pixeiwertes, wobei die Varianz durch Tiefpaßfiltern des Quadrates der Pixelwerte in der weiteren Auswahlgruppe- bestimmt wird, und Auswählen eines darauffolgenden, zu verbessernden Pixelwertes aus dem Feld von Pixelwerten und Anwenden der obigen Schritte, um einen verbesserten Pixeiwert für den so ausgewählten darauffolgenden Pixeiwert zu erhalten, bis im wesentlichen alle Pixelwerte aus zumindest einem Teil des Feldes von Pixelwerten auf verbesserte Werte verändert worden sind.
Elektronische Abbildungskameras zum Aufzeichnen von Laufoder Standbildern sind in der Technik gut bekannt und heute allgemein gebräuchlich. Diese Kameras enthalten im allgemeinen eine zweidimensionale lichtempfindliche Anordnung, welche eine hochauflösende ladungsgekoppelte (CCD) oder ladungsinjizierte (CID) Einrichtung aufweisen kann, die Licht von der Bildszene in bekannter Weise über eine Objektivlinse und einen Verschluß empfängt. Die Bilderfassungsanordnung umfaßt typischerweise eine Vielzahl bilderfassender Elemente oder Pixel, die in einer zweidimensionalen Feldgruppe angeordnet sind, wobeie jedes bilderfassende Pixel das bilddefinierende Szenenlicht in einen korrespondierenden Analogspannungswert umwandelt. Die bilderfassenden Elemente sind bevorzugt in mehreren Spalten und Reihen angeordnet und können für die Auflösung heutiger Abbildungsanwendungen mehr als 1.000 Spalten x 500 Reihen von bilderfassenden Pixeln enthalten.
Wenn ein Bild von einem Abbildungssystem aufgenommen wird, sind die Pixelwerte stets durch Zufallsrauschen aus verschiedenen Quellen beeinträchtigt. Beispielsweise enthält ein Bild, das von einer Photographie oder einem Film eingelesen wird, Filmkörnungsrauschen. Tatsächlich ist es unmöglich, ein absolut rauschfreies System zu schaffen, u.zw. wegen der diskreten Natur des Lichtes. Bei praktischen Anwendungen kann jedoch das Signal-zu-Rausch-Verhältnis (SNR) ausreichend hoch gemacht werden, um solches Rauschen für den menschlichen Betrachter relativ unsichtbar zu machen.
Es ist bekannt, die Bilddaten zu verbessern, die von diesen lichtempfindlichen Einrichtungen erhalten werden, um sowohl die Rauschreduzierung als auch Bildverschärfung zu verbessern. Ein Schärfen bzw. Brillantermachen des Bildes verbessert die Schärfe der Kanten und Details des digitalen Abbildes und verbessert somit wesentlich die subjektive Qualität des Bildes. Eine solche Verbesserung kann Pixel für Pixel unter Verwendung der umgebenden Pixelwerte jedes zu verbessernden Pixels durchgeführt werden, um selektiv gewichtete Durchschnittspixelwerte für eine verbesserte Bildschärfe und nicht-gewichtete Durchschnittspixelwerte für eine Rauschreduktion zu schaffen. Die meisten Bildverbesserungsverfahren liefern sowohl eine Rauschreduktion als auch eine Bildverschärfung; Rauschreduktion und Bildverschärfung sind jedoch inhärent gegensätzlich, weil jede Rauschverringerung, die durch ein nicht-gewichtetes Mittelwertbilden erzeugt wird, beim Bildschärfen mittels selektiv gewichteten Durchschnitts wieder auftreten wird.
Ein Schärfungsverfahren, das in der Technik als Unscharf- Maskierung oder Laplace'sche Filterung bekannt ist, basiert auf einem zweidimensionalen Differenzieren und verstärkt die Hochfrequenzkomponenten von Bildsignalen. Es ist jedoch auch gut bekannt, daß das Schärfen mit dem Unscharf-Maskierungsverfahren nicht nur die Kanten und Details verstärkt, sondern auch das Rauschen, welches aus Hochfrequenzkomponenten besteht.
Weil ein Schärfen, das nach der Unscharf-Maskiermethode durchgeführt wird, stets auf Kosten einer zunehmenden Sichtbarkeit des Rauschens erzielt wird, ist dessen Einsatz durch das Ausmaß an Rauschen beschränkt, welches bemerkbar wird, nachdem das Verfahren angewandt worden ist.
Es wurden daher Verfahren entwickelt, bei welchen das Ausmaß der Bildverschärfung (und umgekehrt der Rauschverringerung) gegenüber der lokalen Varianz des Bildes adaptiv gemacht wurde. Ein Beispiel dafür ist in der EP-A-0 153 167 offenbart, welcher Stand der Technik den Oberbegriff des Anspruchs 1 bildet. Diese Schrift offenbart ein Unscharf-Maskierverfahren, bei welchem die adaptive Verbesserung erzielt wird, indem die Hochfrequenz komponente der Gruppe, skaliert um einen adaptiven Faktor, von der breitbandigen (ursprünglichen) Gruppe, skaliert um einen entgegengesetzten adaptiven Faktor, abgezogen wird. Der adaptive Faktor basiert auf der inversen Exponentialfunktion der Standardabweichung in der lokalen Auswahlgruppe.
Eine andere Art von adaptiver Unscharf-Maskierung ist in der EP-A-0 280 412 offenbart, bei welcher die Hochfrequenzkomponente der Gruppe, skaliert um einen adaptiven Faktor, zur Niederfrequenzkomponente der Gruppe addiert wird. Der adaptive Faktor ist ein Quotient, bei welchem der Zähler die lokale Varianz und der Nenner die Summe aus der lokalen Varianz und der Rauschvarianz ist.
Die Qualität der Bildverbesserung, die mit diesen Verfahren nach dem Stand der Technik bei unterschiedlichen Eingangssignalstatistiken erzielt wird, läßt noch Raum für Verbesserungen. Darüber hinaus sind ihre Rechenanforderungen beträchtlich und verhindern oder zumindest verkomplizieren ihre Echtzeitimplementierung. Es besteht daher ein Bedarf für ein robustes, schnelles und einfach zu implementierendes Verfahren zum Schärfen der Kanten und Details eines Bildes, ohne das Rauschen zu verstärken.
Die vorliegende Erfindung löst diese Probleme durch Schaffung eines Verfahrens gemäß Anspruch 1.
Es sei:
(a) x(i,j) der zu verbessernde Pixelwert am Punkt (i,j) des zweidimensionalen Pixelwertfeldes;
(b) W eine Auswahlgruppe von Pixelwerten, welche den zu verbessernden Pixelwert umgeben; W wird auch als "Filterbasis" bezeichnet; und
(c) z(i,j) ein "verschwommenes Abbild" für die Auswahlgruppe von Pixelwerten, welche den zu verbessernden Pixelwert umgeben, d.h. z(i,j) ist ein "verschwommenes Abbild" der "Filterbasis" W, welche den Punkt (i,j) umgibt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das "verschwommene Abbild" z(i,j) aus einer Tiefpaßfilterung der "Filterbasis" W erhalten, welche die Hochfrequenzkomponenten aus dem Abbild herausfiltert. Demgemäß bestimmt sich z(i,j) wie folgt:
z(i,j) = Sum [hklx(i-k,j-l)] (1)
k,l in W
wobei die Tiefpaßfilterkoeffizienten hkl der folgenden Bedingung genügen:
Sum hkl = 1 (2)
k,l in W
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Koeffizienten hkl folglich so gewählt, daß sie den gleichen Wert für die gesamte Anzahl von Pixeln N in der "Filterbasis" W haben. Bei dieser Ausführungsform ist:
hkl = l/N für alle k und l in W (3)
und
z(i,j) = Sum [x(i-k,j-l)/N] (4)
k,l in W
Die Hochfrequenzkomponente des Bildes im Punkt (i,j) wird angegeben durch:
x(i,j) - z(i,j) (5)
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Bild im Punkt (i,j) geschärft, indem die Hochfrequenzkomponenten im Punkt (i,j) um einen Betrag c*s verstärkt werden, wobei c ein Verstärkungsfaktor ist, der auch als Schärfungskonstante bezeich net wird, und 5 ein adaptiver Verstärkungsfaktor ist. Der adaptive Verstärkungsfaktor 5 hängt von der Rauschleistung in der ausgewählten "Filterbasis" W ab, und 5 variiert zwischen 0 und 1.
Der Ausgangspixelwert des erfindungsgemäßen Verfahrens y(i,j) wird angegeben durch:
y(i,j) = x(i,j) + c*s[x(i,j) - z(i,j)]
Beim kontinuierlichen Adaptionsverfahren wird 5 angegeben durch:
s = 1 - e²/max[v(i,j),e²] (7)
wobei e² eine Schätzung der Rauschleistung im Eingangsbild ist, bezeichnet als Rauschvarianz, und v(i,j) eine standardisierte statistische Varianz der Auswahlgruppe von Pixelwerten ist, welche den zu verbessernden Pixelwert umgeben, d.h. den Punkt (i,j). In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemä ßen Verfahrens wird v(i,j) aus derselben Filterbasis "W" erzeugt, welche zur Bestimmung des "verschwommenen Abbildes" z(i,j) verwendet wird. v(i,j) wird auch als lokale Varianz bezeichnet und wird in einer bevorzugten Ausführungsform angegeben durch:
v(i,j) = Sum [hklx²(i-k, j-l)] - z²(i,j) (8)
k,l in W
Weiters ist, wenn hkl = 1/N ist:
v(i,j) = Sum [x²(i-k,j-l)/N] - z²(i,j) (9)
k,l in W
Bevorzugt könnten, wenn N eine Potenz von 2 ist, z(i,j) und v(i,j) durch eine Addier-Schiebeoperation erzeugt werden, um Zeit zu sparen, wenn das erfindungsgemäße Verfahren auf einem Prozessor implementiert wird, bei welchem Multiplikationen eine längere Ausführungszeit benötigen als Additionen.
Bei bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist der Basisbereich der Tiefpaßfilterung W um das Pixel (i,j) zentriert. Darüber hinaus, und im allgemeinen, sollte der Basisbereich erweitert werden, d.h. mehr Pixel enthalten, wenn die Auflösung des Bildes oder der Betrachtungsabstand zum Bild ansteigt und umgekehrt. Dies kann qualitativ aus der Tatsache verstanden werden, daß, wenn die Auflösung eines Bildes ansteigt, man mehr vom Bild in Betracht ziehen muß, um ein "verschwommenes" Abbild zu erzeugen.
Wie aus Gleichung (6) einfach ersichtlich ist, steuert die Schärfungskonstante c das Ausmaß der Schärfung im Ausgangsbild. Beispielsweise gibt es bei c = 0 keinerlei Schärfung, wogegen die Kanten und Details im Bild schärfer werden, wenn der Wert von c ansteigt. Wenn der Wert von c jedoch zu groß wird, werden kantennahe Über- und Unterschwingungen zu groß und damit sichtbar. Wir haben herausgefunden, daß für c ein Bereich von 0 < c < 2,0 wünschenswert ist, jedoch variiert der optimale Wert von c für die Schärfeverbesserung je nach dem speziellen Bild und dem speziellen Abbildungssystem.
Bei dem kontinuierlichen Adaptionsverfahren umfaßt der verbesserte Pixelwert y(i,j) die Summe des Eingangspixelwertes und des Produktes aus seiner Hochfrequenzkomponente, x(i,j) - z(i,j), des adaptiven Verstärkungsfaktors 5, wobei 5 durch die Gleichung (7) angegeben ist, und der Schärfungskonstante c. Bei Pixelwerten, bei denen die lokale Varianz v(i,j) viel größer als die Rauschvarianz e² ist, d.h. wenn v(i,j) » e², reduziert sich das Produkt c*s auf c und Gleichung (6) auf:
y(i,j) = x(i,j) + c[x(i,j) - z(i,j)] (10)
was das als Unscharf-Maskierung bezeichnete herkömmliche Schärfungsverfahren ist. Dieses wird auch als Laplace'sche Filterung bezeichnet, wenn für die Tiefpaßfilterung eine 3 x 3-Maske verwendet wird.
Bei Pixelwerten, bei denen v(i,j) sehr nahe oder kleiner e² ist, reduziert sich Gleichung (6) anderseits auf:
y(i,j) = x(i,j) (11)
d.h. die Pixelwerte sind in ihrem Ausgang unverändert. Somit erfolgt bei dem kontinuierlichen Adaptionsverfahren, und wie es durch die Gleichungen (10) und (11) angegeben ist, eine Schärfung nur dann, wenn der Filterpunkt zu einer Kante gehört, deren Anwesenheit zu einem großen Wert von v(i,j) führt. Daher kontrolliert praktisch die Rauschvarianz e², was geschärft wird und was nicht. Weil die Rauschvarianz üblicherweise konstant und für ein gegebenes Abbildungssystem invariant ist, kann sie aus einer Untersuchung flacher Bereiche typischer Eingangsbilder bestimmt werden. Beispielsweise kann das Abbildungssystem einem gleichförmigen Licht ausgesetzt werden, und die Varianz kann mit Verfahren bestimmt werden, die Fachleuten gut bekannt sind.
Es ist zu beachten, daß die Genauigkeit, mit der die Rauschvarianz e² bestimmt wird, nicht kritisch für die Leistungsfähigkeit der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist, weil v(i,j) in der Nähe einer Kante üblicherweise sehr viel größer als e² ist. Im Ergebnis sind, sogar wenn eine Schätzung von e² sich von der tatsächlichen Rauschvarianz stark unterscheidet, die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung robust genug, so daß keine Details im Eingangsbild verloren werden.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist besonders nützlich, wenn das Rauschen im Eingangsbild nicht stark ist, d.h. wenn v(i,j), wie es in der Nähe einer Kante erhalten wird, stets viel größer als die Rauschvarianz über einen flachen Bereich ist. In diesem Fall können Rechenoperationen, die zur Erzeugung des oben beschriebenen adaptiven Verstärkungsfaktors für die kontinuierliche Adaption erforderlich sind, eingespart werden, indem ein binäres Adaptionsverfahren verwendet wird, das auch als "hart-grenzziehendes"-Adaptionsverfahren bezeichnet wird. Bei diesem Verfahren wird anstelle des sanften Überganges, der vom kontinuierlichen Adaptionsverfahren geboten wird, ein scharfer Übergang zwischen dem Schärfen und dem Nicht-Schärfen erzielt. Im speziellen ist bei dem "hart-grenzziehenden" Adaptionsverfahren:
s = 1 wenn v(i,j) > ne²
oder
s = 0 wenn v(i,j) ≤ ne² wobei n ein Vielfaches der Rauschvarianz als Schwellwert definiert. Bei dieser Ausführungsform wird der Ausgang angegeben durch:
y(i,j) = x(i,j) + c[x(i,j) - z(i,j)] wenn v(i,j) > ne²
oder
y(i,j) = x(i,j) wenn v(i,j) ≤ ne² (13)
Eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt die Verwendung einer M-ären Entscheidung für die Bestimmung des adaptiven Verstärkungsfaktors 5 bzw. die Verwendung einer Tabelle von vorgegebenen Werten zur Bestimmung des adaptiven Verstärkungsfaktors s.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können zum Schärfen von Farbbildern verwendet werden. Beispielsweise umfaßt eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Schärfen eines Farbbildes den Schritt des Trennens des Farbbildes in beispielsweise drei Primärfarben gemäß Verfahren, die Fachleuten gut bekannt sind. Dann umfassen die nächsten Schritte das Anwenden von zuvor beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, um jedes Primärfarbabbild gesondert zu schärfen. Schließlich werden die geschärften Primärfarbbilder kombiniert, um ein geschärftes Ausgangsfarbbild zu bilden, u.zw. gemäß Verfahren, die Fachleuten ebenfalls gut bekannt sind.
Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Schärfen eines Farbbildes umfaßt den Schritt des Transformierens des Farbbildes in Farbkoordinaten, die sich aus einer Luminanzkomponente zusammensetzen. Beispielsweise kann der Luminanzpixelwert x(i,j) für ein Eingangsfarbbildfeld wie folgt erzeugt werden:
x(i,j) = 0,299R(i,j) + 0,597G(i,j) + 0,114B(i,j) (14)
wobei R(i,j), G(i,j) und B(i,j) die Rot-, Grün- und Blauprimärfarben sind. Die nächsten Schritte umfassen dann das Anwendung von oben beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, zur Schärfung der Luminanzpixelwerte. Als nächstes werden die geschärften Luminanzpixelwerte in die ursprünglichen Farbkoordinaten zurücktransformiert, u.zw. gemäß Verfahren, die Fachleuten gut bekannt sind. Schließlich werden die geschärften Farbkoordinatenbilder kombiniert, um das geschärfte Ausgangsfarbbild zu erzeugen, u.zw. gemäß Verfahren, die Fachleuten ebenfalls gut bekannt sind. Die zweite Ausführungsform, bei welcher nur die Luminanz geschärft wird, ist vorteilhaft, weil sie die Anzahl von Operationen, die zum Schärfen eines Bildes erforderlich sind, auf etwa 1/3 der für die erste Ausführungsform erforderliche Anzahl reduziert.
Eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Schärfen eines Farbbildes umfaßt den Schritt des Transformierens des Farbbildes in eine Farbkoordinate, welche sich aus einer Luminanzkomponente zusammensetzt, wie es bei der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform gemacht wurde. Die nächsten Schritte umfassen dann das Anwenden von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, welche oben beschrieben wurden, zum Schärfen des Luminanzpixelwerte. Schließlich wird jedes Primärfarbsignal um das Verhältnis zwischen Ausgangs- und Eingangsluminanzsignal skaliert, welches Verhältnis angegeben wird durch:
f = max[y(i,j),0]/max[x(i,j),1] (15)
wobei die Verwendung der "max"-Funktion den positiven Wert der Pixelwerte gewährleistet. In der Folge werden die geschärften Primärfarben wie folgt bestimmt:
R'(i,j) = f*R(i,j)
G'(i,j) = f*G(i,j)
B'(i,j) = f*B(i,j) (16)
Schließlich werden die geschärften Primärfarbbilder kombiniert, um das geschärfte Ausgangsfarbbild zu erzeugen, u.zw. gemäß Verfahren, die Fachleuten gut bekannt sind. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, weil die Sättigung der Farben im Eingangsbild im Ausgangsbild beibehalten wird.
Die neuartigen Merkmale, die als charakteristisch für die vorliegende Erfindung betrachtet werden, werden hier speziell angeführt, sowohl im Hinblick auf ihre Anordnung als auch Funktionsweise, zusammen mit weiteren Zielen und Vorteilen, und werden am besten aus der vorliegenden Beschreibung dargestellter Ausführungsformen verständlich werden, wenn diese im Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen betrachtet werden, in denen:
Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild eines Systems zur Ausführung des Verfahrens dieser Erfindung zum Verarbeiten und Verbessern von Bilddaten ist;
Fig. 2 ein Flußdiagramm ist, welches die verschiedenen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens zeigt;
Fig. 3 eine Draufsicht eines Teiles einer Feldgruppe von lichtempfindlichen Pixeln für verschiedene Ausführungsformen einer "Filterbasis" ist, die bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
Fig. 4 in graphischer Form verschiedene Ausführungsformen von adaptiven Verstärkungsfaktoren 5 zeigt, die bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendet werden;
Fig. 5 ein schematisches Blockschaltbild einer Ausführungsform eines Adaptivfaktorgenerators 100 des in Fig. 1 gezeigten Systems 10 ist, welcher einen adaptiven Verstärkungsfaktor 5 für kontinuierliche Adaption liefert; und
Fig. 6 ein schematisches Blockschaltbild einer Ausführungsform eines Adaptivfaktorgenerators 100 des in Fig. 1 gezeigten Systems ist, welcher einen adaptiven Verstärkungsfaktor s für Binäradaption liefert.
Unter Bezugnahme auf Fig. 1 ist bei 10 ein schematisches Blockschaltbild eines Systems zur Ausführung des Verfahrens dieser Erfindung zum Verarbeiten und Verbessern von Bilddaten gezeigt, die einer Vielzahl von Pixelwerten entsprechen, welche von einer zweidimensionalen lichtempfindlichen Gruppe erhalten werden können. Eine Vielzahl bilddefinierender Pixelwerte kann mit Hilfe eines zweidimensionalen lichtempfindlichen Feldes erhalten werden, das eine hochauflösende ladungsgekoppelte (CCD) oder ladungsinjizierte (CID) Einrichtung umfaßt, die Bildszenenlicht in gut bekannter Weise mit Hilfe einer Objektivlinse und eines Verschlusses (nicht gezeigt) empfängt. Die lichtempfindliche Gruppe umfaßt eine Vielzahl von bilderfassenden Elementen oder Pixeln, die bevorzugt in einer zweidimensionalen Feldanordnung angeordnet sind, wobei jedes bilderfassende Pixel an einem Punkt (i,j) die einfallenden bilddefinierenden Szenenlichtstrahlen in einen korrespondierenden Analogsignalwert umwandeln. Wie in der Technik bekannt ist, ist eine typische Gruppe solcher bilderfassender Pixel in Spalten und Reihen angeordnet.
Wie in Fig. 1 gezeigt, erhält eine Auswahlvorrichtung 15 des Bildverarbeitungs- und Verbesserungssystems 10 einen zu verbessernden Pixeiwert x(i,j) aus der Gruppe von Pixelwerten 5 und legt ihn als Eingang an: (a) einen Addierer 20; (b) einen Addierer 50; (c) ein Tiefpaßfilter 30; und (d) einen Quadrierer 40 an. Darüber hinaus wählt die Auswahleinrichtung 15 eine vorgegebene Auswahlgruppe von Pixelwerten aus, die in der Nähe des zu verbessernden Pixelwertes liegen, d.h. eine "Filterbasis" W aus der Gruppe 5, und legt sie als Eingang an das Tiefpaßfilter 30 und den Quadrierer 40 an. Wenn die "Filterbasis"-Gruppe W den zu verbessernden Pixeiwert enthält, dann wird dieser Wert auch als Eingang an das Tiefpaßfilter 30 und den Quadrierer 40 angelegt. Es sollte klar sein, daß, obwohl Fig. 1 die Auswahleinrichtung 15 so zeigt, daß sie dieselbe "Filterbasis"-Gruppe W an das Tiefpaßfilter 30 und den Quadrierer 40 anlegt, dies in keiner Weise die Erfindung einschränkt. Tatsächlich kann bei bestimmten Ausführungsformen eine erste "Filterbasis"-Gruppe W als Eingang an das Tiefpaßfilter 30 und eine zweite "Filterbasis"-Gruppe V als Eingang an den Quadrierer 40 angelegt werden.
Der Ausgang des Tiefpaßfilters 30 wird als Eingang an den Quadrierer 80 und an einen Subtrahiereingang des Addierers 50 angelegt. Der Ausgang des Addierers 50 stellt die Hochfrequenzkomponente des Pixelwertes am Punkt (i,j) dar und wird als Eingang an einen Multiplizierer 60 angelegt. Ein vorgegebener Verstärkungsfaktor c, auch als Schärfungskonstante c bekannt, wird ebenfalls als Eingang an den Multiplixierer 60 angelegt, und der Ausgang des Multiplizierers 60 ist die verstärkte Hochfrequenzkomponente im Punkt (i,j). Die verstärkte Hochfrequenzkomponente im Punkt (i,j) wird als Eingang an einen Multiplizierer 110 angelegt.
Der Ausgang des Quadrierers 40, welcher den quadrierten Eingangspixelwert darstellt, wird als Eingang an ein Tiefpaß filter 70 angelegt. Es ist zu beachten, daß das Tiefpaßfilter 70 nicht vom selben Typ Tiefpaßfilter wie das Tiefpaßfilter 30 sein muß. Der Ausgang aus dem Tiefpaßfilter 70 wird als Eingang an einen Addierer 90 angelegt. Der Ausgang vom Quadrierer 80 stellt die quadrierte Niederfrequenzkomponente des Pixeiwertes im Punkt (i,j) dar und wird als Eingang an einen Subtrahiereingang des Addierers 90 angelegt. Der Ausgang des Addierers 90 stellt die Varianz des Pixelwertes im Punkt (i,j) dar und wird als Eingang an einen Adaptivfaktorgenerator 100 angelegt.
Eine vorgegebene Rauschleistungsschätzung e², die nachstehend auch als Rauschvarianz bezeichnet wird, wird ebenfalls als Eingang an den Adaptivfaktorgenerator 100 angelegt, und als Reaktion darauf erzeugt der Adaptivfaktorgenerator 100 den adaptiven Verstärkungsfaktor 5 als Ausgang, welcher Ausgang zwischen 0 und 1,0 variiert. Der adaptive Verstärkungsfaktor 5 wird als Eingang an einen Multiplizierer 110 angelegt.
Der Ausgang des Multiplizierers 110 stellt die verstärkte und skalierte Hochfrequenzkomponente des zu verbessernden Pixelwertes dar und wird als Eingang an einen Addierer 20 angelegt. Der Addierer 20 addiert die verstärkte und skalierte Hochfrequenzkomponente des zu verbessernden Pixelwertes zu dem zu verbessernden Pixelwert hinzu, um den geschärften Ausgangsbildpixelwert y(i,j) gemäß der vorliegenden Erfindung zu bilden.
Unter Bezugnahme auf das Flußdiagramm von Fig. 2 wird das Bildverbesserungsverfahren der vorliegenden Erfindung nun im Detail erläutert. Ein erster, zu verbessernder Pixelwert x(i,j) wird aus einem zweidimensionalen Feld eines Bildes ausgewählt (Block 200, Fig. 2). Dann wird eine vorgegebene Auswahlgruppe von Pixelwerten, die in der Nähe des zu verbessernden Pixelwertes liegen, d.h. eine "Filterbasis" W, aus dem Feld ausgewählt (Block 210, Fig. 2).
Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf einen Teil einer Feldgruppe von lichtempfindlichen Pixeln für verschiedene Ausfüh rungsformen der "Filterbasis" W, d.h. Ausführungsformen 300 - 370, die bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Wie in Fig. 3 gezeigt, bezeichnet N die Anzahl von Pixeln bei jeder Ausführungsform Eine geeignete Pixelkonfiguration einer "Filterbasis" zur Verwendung bei einer speziellen Anwendung kann durch Versuch und Irrtum bestimmt werden. Beim Bestimmen einer solchen geeigneten Pixelkonfiguration ist es wesentlich, zu beachten, daß die Auswahl einer geeigneten Pixelkonfiguration von der Bildauflösung des Bildes und dem "Betrachtungsabstand" vom Bild abhängt. Dies deswegen, weil eine "Filterbasis" dazu verwendet wird, ein "verschwommenes Abbild" in der Nähe des zu verbessernden Pixelwertes zu erzeugen, und die Tatsache, ob ein Bild "verschwommen" ist oder nicht, hängt von der Bildauflösung und dem Betrachtungsabstand ab. Beispielsweise sollte der von der "Filterbasis" abgedeckte Bereich erweitert werden, d.h. mehr Pixel umfassen, wenn entweder die Auflösung des Bildes oder der Betrachtungsabstand vom Bild ansteigt, und umgekehrt, um ein entsprechendes "Verschwimmen" zu erzielen. Dies kann qualitativ aus der Tatsache verstanden werden, daß, wenn die Auflösung eines Bildes ansteigt, man mehr des Bildes in Betracht ziehen muß, um ein "verschwommenes Abbild" zu erzeugen.
Zurückkehrend auf das Flußdiagramm von Fig. 2 wird im nächsten Schritt ein "verschwommener" Pixelwert z(i,j) aus der "Filterbasis" W gemäß der folgenden Gleichung erhalten (Block 220, Fig. 2):
z(i,j) = Sum [hklx(i-k,j-l)]
k,l in W
wobei hkl die Koeffizienten sind, welche eine Tiefpaßfilterung liefern, und W die "Filterbasis"-Gruppe für das Tiefpaßfilter ist. Die Filterkoeffizienten hkl genügen der folgenden Bedingung:
Sum hkl = 1
k,l in W
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Koeffizienten hkl 50 gewählt, daß sie einen gleichen Wert für jedes der N-Pixel in der "Filterbasis" W haben, und dies wird wie folgt beschrieben:
hkl = 1/N für alle k und l in W.
Im Ergebnis wird bei dieser Ausführungsform:
z(i,j) = Sum [x(i-k,j-1)/N]
k,l in W
Als nächstes wird eine vorgegebene Auswahlgruppe von Pixeln, die in der Nähe des zu verbessernden Pixelwertes liegen, d.h. eine "filterbasis" V, aus dem Feld ausgewählt (Block 230, Fig. 2). Dann wird eine standardisierte statistische Varianz der Pixelwerte in der "Filterbasis" V erhalten (Block 240, Fig. 2). Bei der vorliegenden Erfindung wird die standardisierte statistische Varianz v(i,j) durch Tiefpaßfiltern der "Filterbasis"-Gruppe V erzeugt. Obwohl die "Filterbasis" V und das Tiefpaßfilter für diesen Schritt nicht gleich sein müssen mit der "Filterbasis" W und dem Tiefpaßfilter des im Block 220 gezeigten Schrittes, sind sie in einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens alle gleich. Im Ergebnis ist:
v(i,j) = { Sum [hklx²(i-k,j-1)] } - z²(i,j)
k,l in W
und für den Fall, das hkl = 1/N ist, wird:
v(i,j) = Sum [x²(i-k,j-l)/N] - z²(i,j)
k,l in W
Vorteilhafterweise können, wenn N eine Potenz von 2 ist, z(i,j) und v(i,j) durch eine Addier-Schiebe-Operation erzeugt werden. Dies ist vorteilhaft, weil z(i,j) und v(i,j) dann rasch bestimmt werden können, wenn die vorliegende Erfindung auf einem Prozessor implementiert wird, bei welchem Multiplikationen länger dauern als Additionen.
Als nächstes wird die Hochfrequenzkomponente des zu verbessernden Pixelwertes wie folgt bestimmt (Block 250, Fig. 2): x(i,j) - z(i,j)
Als nächstes werden ein adaptiver Verstärkungsfaktor 5, welcher zwischen 0 und 1 variiert, unter Verwendung der standardisierten statistischen Varianz (v(i,j) der den zu verbessernden Pixelwert umgebenden Pixelwerte sowie eine Schätzung der Bildrauschleistung des Systems bestimmt (Block 260, Fig. 2).
Dann wird die Hochfrequenzkomponente des zu verbessernden Pixelwertes durch Verwendung einer vorgegebenen Schärfungskonstante c und des adaptiven Verstärkungsfaktors 5 wie folgt geschärft (Block 270, Fig. 2):
c*s[x(i,j) - z(i,j)]
Als nächstes wird der verbesserte Ausgangspixelwert y(i,j) bestimmt, indem der zu verbessernde Eingangspixelwert zu der geschärften Hochfrequenzkomponente des zu verbessernden Pixelwertes addiert wird (Block 280, Fig. 2):
y(i,j) = x(i,j) + c*s[x(i,j) - z(i,j)]
Schließlich wird der nächstfolgende, zu verbessernde Pixelwert ausgewählt und man kehrt zu dem Schritt zurück, der im Block 210 von Fig. 2 angegeben ist, bis im wesentlichen alle Pixelwerte verbessert worden sind (Block 290, Fig. 2).
Für den Fachmann sollte klar sein, daß die vorliegende Erfindung nicht auf das Schärfen eines gesamten Bildes beschränkt ist und tatsächlich auch zum Schärfen nur eines Teiles eines Bildes verwendet werden kann. In diesem Fall müßte der Schritt des Auswählen des nächstfolgenden Pixels, der im Block 290 von Fig. 2 gezeigt ist, entsprechend abgeändert werden.
Fig. 4 zeigt in graphischer Form Ausführungsformen 400 - 430 für den adaptiven Verstärkungsfaktor s. Beispielsweise entspricht der adaptive Verstärkungsfaktor s für die Kurve 400 einem kontinuierlichen Adaptionsverfahren, der adaptive Verstär kungsfaktor s für die Kurve 410 einem binären Adaptionsverfahren, der adaptive Verstärkungsfaktor s für die Kurve 420 einem ternären Adaptionsverfahren und der adaptive Verstärkungsfaktor für die Kurve 430 einem M-ären Adaptionsverfahren. Im speziellen kann der adaptive Verstärkungsfaktor s für die Kurve 400 angegeben werden durch:
s = 1 - e²/max[v(i,j),e²]
wobei e² eine Schätzung der Rauschleistung im Eingangsbild ist, die auch als Rauschvarianz bezeichnet wird, und v(i,j) eine standardisierte statistische Varianz einer Auswahlgruppe von Pixelwerten ist, welche den zu verbessernden Pixelwert umgeben, d.h. im Punkt (i,j).
Fig. 5 ist ein schematisches Blockschaltbild einer Ausführungsform des Adaptivfaktorgenerators 100 des in Fig. 1 gezeigten Systems 10, welcher den adaptiven Verstärkungsfaktor s erzeugt, der durch die kontinuierliche Adaptionskurve 400 von Fig. 4 angegeben ist. Der Ausgang des Addierers 90 von Fig. 1 stellt die Varianz der Pixelwerte im Punkt (i,j) dar, d.h. v(i,j), und wird als Eingang an den Entscheidungsblock 500 zusammen mit der vorgegebenen Rauschleistungsschätzung e² angelegt, wobei e² ein Maß für das durch das Abbildungssystem erzeugte Rauschen im Bild ist. Der Entscheidungsblock 500 entscheidet, welcher von den Werten v(i,j) und e² größer ist, und der größere Wert wird als Eingang an den Inverter 510 angelegt, um den Reziprokwert des größeren Wertes zu bilden. Der Ausgang des Inverters 510 wird als Eingang an einen Multiplizierer 520 zusammen mit dem Wert e² angelegt. Der Ausgang des Multiplizierers 520 wird als Eingang an einen Subtrahiereingang eines Addierers 530 angelegt, und "1" wird als Eingang an einen Addiereingang des Addierers 530 angelegt. Schließlich ist der Ausgang aus dem Addierer 530 der adaptive Verstärkungsfaktor 5.
Wie man aus der folgenden Gleichung:
y(i,j) - x(i,j) + c*5[x(i,j) - z(i,j)]
einfach ersehen kann, steuert die Schärfungskonstante c das Ausmaß an Schärfung im Ausgangsbild. Beispielsweise gibt es, wenn c = 0 ist, keinerlei Schärfung, wogegen Kanten und Details im Bild schärfer werden, wenn der Wert von c ansteigt. Wenn der Wert von c jedoch zu groß wird, werden Über- und Unterschwingungen nahe von Kanten zu groß und daher sichtbar. Wir haben gefunden, daß für c ein Bereich von 0 < c < 2,0 wünschenswert ist, jedoch neigt der Optimalwert von c für die Schärfeverbesserung von dem speziellen Bild sowie dem speziellen Abbildungssystem ab.
Für das kontinuierliche Adaptionsverfahren umfaßt der verbesserte Pixelwert y(i,j) die Summe aus dem Eingangspixelwert und dem Produkt seiner Hochfrequenzkomponente x(i,j) - z(i,j), des adaptiven Verstärkungsfaktors 5 und der Schärfungskonstante c. Für Pixelwerte, bei denen die lokale Varianz v(i,j) viel größer als die Rauschvarianz e² ist, d.h. wenn v(i,j) » e² ist, reduziert sich das Produkt c*s auf c und der Ausgang y(i,j) ergibt sich zu:
y(i, j) = x (i, j) + c [x (i, j) - z (i, j)
was das herkömmliche, als Unscharf-Maskierung bezeichnete Schärfungsverfahren ist.
Anderseits wird für Pixelwerte, bei denen v(i,j) nahe oder kleiner als e² ist, der Ausgang y(i,j) angegeben durch: y(i,j) = x(i,j)
d.h. die Pixelwerte bleiben im Ausgang unverändert.
Somit tritt bei dem kontinuierlichen Adaptionsverfahren eine Schärfung nur dann auf, wenn die Filterpunkte zu einer Kante gehören, deren Anwesenheit zu einem großen Wert von v(i,j) führt. Somit steuert die Rauschvarianz e², was geschärft wird und was nicht. Weil die Rauschvarianz üblicherweise konstant und für ein gegebenes Abbildungssystem invariant ist, kann sie gemäß Verfahren, die Fachleuten gut bekannt sind, aus einer Untersuchung flacher Bereiche typischer Eingangsbilder bestimmt werden. Beispielsweise kann das Abbildungssystem gleichförmigem Licht ausgesetzt werden, und die Rauschvarianz kann gemäß Verfahren bestimmt werden, die Fachleuten bekannt sind.
Es ist zu beachten, daß die Genauigkeit, mit der die Rauschvarianz e² bestimmt wird, für die Leistungsfähigkeit der Ausgangsformen der vorliegenden Erfindung nicht kritisch ist, d.h. die vorliegende Erfindung ein robustes und zuverlässiges Verfahren liefert, weil v(i,j) in der Nähe einer Kante üblicherweise sehr viel größer als e² ist. Im Ergebnis gehen, sogar wenn eine Schätzung für e² verwendet wird, die von der tatsächlichen Rauschvarianz sehr stark verschieden ist, Details im Eingangsbild nicht verloren.
Fig. 6 ist ein schematisches Blockschaltbild einer Ausführungsform des Adaptivfaktorgenerators 100 des in Fig. 1 gezeigten Systems 10, welcher einen adaptiven Verstärkungsfaktor 5 liefert, der durch die binäre Adaptionskurve 410 von Fig. 4 angegeben ist. Diese Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist nützlich, wenn das Rauschen in einem Eingangsbild nicht besonders stark ist, d.h. in jenen Fällen, wo v(i,j), wie es in der Nähe einer Kante erhalten wird, stets wesentlich größer als die Rauschvarianz über einen flachen Bereich ist. In solchen Fällen können Rechenoperationen, die zur Erzeugung des adaptiven Verstärkungsfaktors erforderlich sind, der oben im Zusammenhang mit dem kontinuierlichen Adaptionsverfahren beschrieben ist, durch Verwendung eines binären Adaptionsverfahrens eingespart werden, das auch als "hart-grenzziehendes" Adaptionsverfahren bezeichnet wird. Bei dieser Ausführungsform erhält man einen scharfen Übergang zwischen dem Schärfungs- und dem Nichtschärfungsbereich, anstelle des sanften Überganges, welcher vom kontinuierlichen Adaptionsverfahren geboten wird.
Insbesondere ist bei dem "hart-grenzziehenden" Adaptionsverfahren:
s = 1 wenn v(i,j) > ne²
oder
s = 0 wenn v(i,j) ≤ ne² (12)
wobei n ein Vielfaches der Rauschvarianz als Schwellwert definiert. Bei dieser Ausführungsform ergibt sich der Ausgang zu:
y(i,j) = x(i,j) + c[x(i,j) - z(i,j)] wenn v(i,j) > ne²
oder
y(i,j) = x(i,j) wenn v(i,j) ≤ ne²
In Fig. 6 wird der Ausgang des Addierers 90 von Fig. 1, d.h. v(i,j), als Eingang an den Entscheidungsblock 600 zusammen mit der vorgegebenen Rauschleistungsschätzung e² angelegt. Der Entscheidungsblock 600 bestimmt, welcher der Werte v und ne² größer ist, wobei n eine vorgegebene Zahl ist. Der Ausgang des Entscheidungsblockes 600 ist der adaptive Verstärkungsfaktor s; wobei s = 1 ist, wenn v größer als ne² ist, und sonst s = 0 ist.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die auf den Prinzipien der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsform basiert, kann erzeugt werden, bei welcher der Ausgang des Entscheidungsblockes 600 ein "EIN"- oder "AUS"-Signal umfaßt, welches als Eingang an einen Schalter angelegt wird, der den Multiplizierer 110 von Fig. 1 ersetzt. Bei dieser weiteren Ausführungsform wird, wenn der Schalter sich in der Stellung "EIN" befindet, der Pixelwert um seine Hochfrequenzkomponenten geschärft, wogegen, wenn der Schalter in der Stellung "AUS" ist, er dies nicht wird. Darüber hinaus sollte für den Fachmann klar sein, wie ternäre und M-äre Adaptionen erzeugt werden können, die durch die Kurven 420 und 430 von Fig. 4 angegeben sind, beispielsweise mit Hilfe entsprechender Abänderungen des Entscheidungsblockes 500 von Fig. 5.
Weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfassen die Verwendung einer Nachschlagetabelle, um komplexe adaptive Verstärkungsfaktoren zu bestimmen.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können auch zum Schärfen von Farbbildern verwendet werden. Beispielsweise umfaßt eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Schärfen eines Farbbildes den Schritt des Trennens des Farbbildes in beispielsweise drei Primärfarben gemäß Verfahren, die dem Fachmann gut bekannt sind. Die nächsten Schritte umfassen dann das Anwenden von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die oben beschrieben wurden, zum getrennten Schärfen jedes Primärfarbbildes. Schließlich werden die geschärften Primärfarbbilder kombiniert, um das geschärfte Ausgangsfarbbild zu erzeugen, u.zw. gemäß Verfahren, die Fachleuten gut bekannt sind.
Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Schärfen eines Farbbildes umfaßt den Schritt des Transformieren des Farbbildes in Farbkoordinaten, welche aus einer Luminanzkomponente bestehen. Beispielsweise kann der Luminanzpixelwert x(i,j) eines Eingangsfarbbildfeldes wie folgt erzeugt werden:
x(i,j) = 0,299R(i,j) + 0,597G(i,j) + 0,1148(i,j)
wobei R(i,j), G(i,j) und B(i,j) die Rot-, Grün- und Blauprimärfarben sind. Die nächsten Schritte umfassen dann das Anwenden von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die oben beschrieben wurden, um die Luminanzpixelwerte zu schärfen. Dann werden die geschäften Luminanzpixelwerte zurück in die ursprünglichen Farbkoordinaten transformiert, u.zw. gemäß Verfahren, die Fachleuten gut bekannt sind. Schließlich werden die geschärften Farbkoordinatenbilder kombiniert, um das geschärfte Ausgangsfarbbild gemäß Verfahren zu erzeugen, die Fachleuten ebenfalls gut bekannt sind. Die zweite Ausführungsform, bei welcher nur die Luminanz geschärft wird, ist vorteilhaft, weil sie die Anzahl der zum Schärfen eines Bildes erforderlichen Operationen auf etwa 1/3 der für die erste Ausführungsform erforderlichen Zahl reduziert.
Eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Schärfen eines Farbbildes umfaßt den Schritt des Transformierens des Farbbildes in eine Farbkoordinate, welche sich aus einer Luminanzkomponente zusammensetzt, wie es für die oben beschriebene zweite Ausführungsform gemacht wurde. Die nächsten Schritte umfassen dann das Anwenden von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, welche oben beschrieben wurden, zum Schärfen der Luminanzpixelwerte. Schließlich wird jedes Primärfarbsignal um das Verhältnis zwischen Ausgangs- und Eingangsluminanzsignal skaliert, welches gegeben ist durch:
f = max[i,j),0]/max[x(i,j),1]
wobei die Verwendung der "max" -Funktion gewährleistet, daß die Pixelwerte positiv sind. In der Folge werden die geschärften Primärfarben gemäß den folgenden Gleichungen bestimmt:
R' (i,j) = f*G(i,j)
G' (i,j) = f*G(i,j)
B' (i,j) = f*B(i,j)
Schließlich werden die geschärften Primärfarbbilder kombiniert, um das geschärfte Ausgangsfarbbild gemäß Verfahren zu bilden, die Fachleuten gut bekannt sind. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, weil sie die Sättigung der Farben des Eingangsbildes im Ausgangsbild erhält.
Für Fachleute sollte klar sein, daß die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nicht auf die Verwendung einer einzigen Rauschschätzung e² für das adaptive Schärfen beschränkt sind. Darüber hinaus ist das Schärfen von Farbbildern nicht auf die Verwendung von Rot-, Grün- oder Blau als Primärfarben oder die oben beschriebene Luminanzfunktion beschränkt.

Claims

1. Verfahren zum Verbessern von Bilddaten, die durch ein zweidimensionales Feld von Pixelwerten definiert sind, mit den Schritten:

Auswählen eines zu verbessernden Pixelwertes (x) aus einer Gruppe von Pixelwerten;

Herausgreifen einer Auswahlgruppe (W) von Pixelwerten, welche den zu verbessernden Pixelwert (x) umgeben, aus dem Feld von Pixelwerten;

Bestimmen eines "verschwommenen" Pixelwertes (z) für die Auswahlgruppe (W) von den zu verbessernden Pixelwert umgebenden Pixelwerten durch Tiefpaßfiltern der Auswahlgruppe (W) von Pixelwerten;

Bestimmen einer Hochfrequenzkomponente (x-z) des zu verbessernden Pixelwertes (x) als Funktion des "verschwommenen" Pixelwertes (z) durch Subtrahieren des "verschwommenen" Bildes von dem zu verbessernden Pixelwert,

adaptives Verändern des zu verbessernden Pixelwertes (x) als Funktion sowohl der Hochfrequenzkomponente (x-z) als auch einer Varianz (v) der Pixelwerte in einer weiteren Auswahlgruppe (V) von Pixelwerten in der Nähe des zu verbessernden Pixelwertes, wobei die Varianz durch Tiefpaßfiltern des Quadrates der Pixelwerte-in der weiteren Auswahlgruppe (V) bestimmt wird, und

Auswählen eines darauffolgenden, zu verbessernden Pixelwertes aus dem Feld von Pixelwerten und Anwenden der obigen Schritte, um einen verbesserten Pixelwert für den so ausgewählten darauffolgenden Pixelwert zu erhalten, bis im wesentlichen alle Pixelwerte aus zumindest einem Teil des Feldes von Pixelwerten auf verbesserte Werte verändert worden sind,

dadurch gekennzeichnet, daß das adaptive Verändern das

adaptive Verstärken der Hochfrequenzkomponente und das Addieren der adaptiv verstärkten Hochfrequenzkomponente zu dem zu verbessernden Pixelwert (x) umfaßt, wobei das adaptive Verstärken der Hochfrequenzkomponente durch Multiplizieren der Hochfrequenzkomponente (x-z) mit sowohl einem vorgegebenen Schärfungsbetrag (c) als auch einem adaptiven Betrag (5) durchgeführt wird, welcher eine diskrete Funktion der Varianz (v) und einer vorgegebenen Schätzung (e²) der Rauschvarianz in dem Feld von Pixelwerten ist, wobei die diskrete Funktion entweder

a) eine binäre Funktion ist, bei welcher der adaptive Betrag (5) Null ist, wenn die Varianz (v) kleiner oder gleich dem Produkt aus einem vorgegebenen Betrag (n) und der vorgegebenen Schätzung (e²) der Rauschvarianz ist, und der adaptive Betrag (5) 1 ist, wenn die Varianz (v) größer als dieses Produkt ist, oder

b) eine M-äre Funktion ist, wobei M eine vorgegebene Ganzzahl größer als 2 ist und bei welcher der adaptive Betrag (5) einen von M vorgegebenen diskreten Werten im Bereich von bis 1 hat, wobei die vorgegebenen diskreten Werte, in M-1 vorgegebenen Inkrementen, von Null - für Werte der Varianz (v) kleiner oder gleich der vorgegebenen Schätzung (e²) der Rauschvarianz - mit zunehmender Varianz (v) bis zu 1 - für Werte der Varianz (v) größer als die vorgegebene Schätzung (e²) der Rauschvarianz - gehen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Auswahlgruppe (W) und die weitere Auswahlgruppe (V) gleich sind und wobei das Tiefpaßfiltern zum Bestimmen des "verschwommenen" Bildes (z) und das Tiefpaßfiltern zum Bestimmen der Varianz (v) gleich sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 zum Verbessern von Farbbilddaten, die durch ein zweidimensionales Feld von Pixelwerten definiert sind, mit den Schritten:

Trennen der Farbbilddaten in eine vorgegebene Anzahl von zweidimensionalen Pixelwertfeldern ausgewählter Farbkoordinaten;

Ausführen des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 für jedes Pixelwertfeld aus der vorgegebenen Anzahl von zweidimensionalen Pixelwertfeldern ausgewählter Farbkoordinaten; und

Umwandeln der vorgegebenen Anzahl von verbesserten zweidimensionalen Pixelwertfeldern vorgegebener Farbkoordinaten in verbesserte Farbbilddaten.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 zum Verbessern von Farbbilddaten, die durch ein zweidimensionales Feld von Pixelwerten definiert sind, mit den Schritten:

Umwandeln der Farbbilddaten in ein zweidimensionales Feld von Luminanzpixelwerten;

Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 für das zweidimensionale Feld von Luminanzpixelwerten; und

Umwandeln des zweidimensionalen Feldes von verbesserten Luminanzpixelwerten in verbesserte Farbbilddaten.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 zum Verbessern von Farbbilddaten, die durch ein zweidimensionales Feld von Pixelwerten definiert sind, mit den Schritten:

Umwandeln der Farbbilddaten in ein zweidimensionales Feld von Luminanzpixelwerten und in eine vorgegebene Anzahl von zweidimensionalen Pixelwertfeldern ausgewählter Farbkoordinaten;

Ausführen des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 für das zweidimensionale Feld von Luminanzpixelwerten;

Umwandeln der vorgegebenen Anzahl von zweidimensionalen Farbkoordinaten-Pixelwertfeldern in verbesserte zweidirnensionale Felder vorgegebener Farbkoordinaten durch Multiplizieren des Pixelwertes jedes der vorgegebenen Anzahl von zweidimensionalen Farbkoordinatenfeldern mit einem Gewichtungsfaktor (f), der eine Funktion des verbesserten Luminanzpixelwertes und des Luminanzpixelwertes ist; und

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei welchem der Gewich tungsfaktor (f) durch Dividieren des größeren der Werte verbesserter Luminanzpixelwert und Null durch den größeren der Werte Luminanzpixelwert und 1 bestimmt wird.